Представлены результаты исследований влияний молнии на низковольтные системы высоковольтных электрических подстанций с открытыми распределительными устройствами 110 кВ. Актуальность исследований обусловлена широким распространением таких подстанций, высокими требованиями к надежности их работы, а также повсеместным распространением и высокой вероятностью ударов молнии в подстанции или вблизи них. Наиболее вероятные и опасные влияния молнии на низковольтные системы подстанции определены на основании критического обзора и анализа литературных источников, систематизации практической информации, собранной при обследовании эксплуатируемых подстанций. Для установленного перечня опасных влияний на основе физических процессов молнии разработаны адекватные физико-математические модели. Модель каждого влияния исследована на основании теории чувствительности. Достоверность и адекватность моделей подтверждены путем сопоставления результатов расчетов по исследуемым моделям с результатами расчетов по специализированным программам, а также с практическими или теоретическими данными, полученными другими авторами. Изучены факторы, входящие в состав моделей, определены их природа (естественный или искусственный) и диапазон возможных значений в условиях подстанции, рассчитаны коэффициенты эластичности. Полученные результаты позволяют установить вклад фактора во влияние молнии и возможность управления фактором. Взаимосвязь между факторами и влияниями молнии показана в виде графов. Для практического применения информация, полученная в результате исследований, систематизирована в виде контрольных перечней, которые можно применять при сборе исходной информации с целью разработки молниезащиты подстанции, обследования ее существующей молниезащиты, расследования аварийных ситуаций, связанных с ударами молнии. Результаты исследований использовались на практике при предпроектных обследованиях подстанций, разработке задания на проектирование, проектировании молниезащиты подстанции, в процессе приемосдаточных испытаний и периодической инспекции молниезащиты.

В статье представлена комплексная модель для исследования цифровой дифференциальной защиты двухобмоточного силового трансформатора. Модель разработана в среде динамического моделирования MatLab-Simulink с использованием пакета расширения SimPowerSystems и включает в себя следующие элементы: источник питания, трехфазный силовой трансформатор, трехфазные группы трансформаторов тока и модель цифровой дифференциальной защиты трансформатора. Каждый элемент модели описан в степени, достаточной для понимания его реализации в среде динамического моделирования. Особое внимание уделено описанию принципов обработки, цифровой фильтрации и способам формирования рабочего и тормозного токов основного элемента комплексной модели – цифровой дифференциальной защиты трансформатора. Методом вычислительного эксперимента с использованием разработанной модели исследовано функционирование цифровой дифференциальной защиты трансформатора при внешних и внутренних (по отношению к защищаемому трансформатору) повреждениях: внутреннее короткое замыкание, внешние короткие замыкания без насыщения и с насыщением трансформаторов тока со стороны низшего напряжения. Для каждого рассмотренного случая приведены осциллограммы рабочего и тормозного токов исследуемой цифровой защиты. Особое внимание уделено анализу функционирования цифровой дифференциальной защиты трансформатора при анормальных режимах работы силового трансформатора: перевозбуждении и возникновении броска тока намагничивания. Приведены осциллограммы протекающих в данных режимах токов и их гармонический состав. Проанализированы причины возникновения данных режимов. Рассмотрены алгоритмы блокирования работы цифровой дифференциальной защиты трансформатора в анормальных режимах, основанные на гармоническом анализе протекающих токов. Показаны недостатки данных алгоритмов и отмечена необходимость их технического совершенствования.

Рассматривается проблема обеспечения качества электрической энергии в системах электроснабжения, где используются достаточно протяженные воздушные или кабельные линии электропередачи. Показано, что эта проблема приобретает особую актуальность в системах электроснабжения, в которых одним из источников электрической энергии является генератор ветроустановки, поскольку первичный источник энергии – ветер – обладает собственной нестабильностью. Определение степени автоматизации регулирования напряжения в системах электроснабжения сводится к выбору способов и средств регулирования параметров качества электроэнергии. Понятие потери напряжения и ее причины поясняются простейшей системой электроснабжения, представленной однолинейной схемой. Регулирование напряжения предлагается осуществлять путем изменения параметров электрической сети с использованием способа снижения потерь напряжения в линии за счет уменьшения ее реактивного сопротивления. Последнее достигается с помощью продольной емкостной компенсации индуктивного сопротивления линии. Достигаемый эффект проиллюстрирован векторными диаграммами токов и напряжений в схемах замещения линии электропередачи с использованием и без использования продольной емкостной компенсации. На основе анализа приведенных формул показано, что такой способ регулирования целесообразен только в системах электроснабжения с относительно низким коэффициентом мощности (cosφ < 0,7–0,9). Такой коэффициент мощности типичен при включении в сеть ветроустановки с асинхронным генератором из-за существующей в природе нестабильности скорости ветра. Регулирование напряжения предлагаемым способом в данной ситуации позволит обеспечить требуемое качество напряжения на шинах потребителей. Это, в свою очередь, позволит создать необходимые условия для экономичной передачи электрической энергии с наименьшими затратами реактивной и потерями активной мощности.

Для снижения температуры охлаждающей воды и повышения эффективности использования топливно-энергетических ресурсов приведены основные направления перевооружения систем технического водоснабжения с градирнями тепловых электростанций. Рассмотрены проблемы эксплуатации оросительных и водораспределительных систем башенных градирен. Проанализированы конструкции применяемых тепломассообменных устройств, их недостатки и влияние на охлаждающую способность градирни. Применение капельного тепломассообменного устройства на основе решетчатого полипропилена практически исключает недостатки пленочных и капельно-пленочных тепломассообменных устройств градирен, что приводит к увеличению срока эксплуатации, а также повышению надежности и экономичности работы основного оборудования тепловых электростанций. Рассмотрены конструкции водораспределительных устройств градирен. Отмечено, что наиболее эффективными являются низконапорные водоразбрызгивающие сопла из полипропилена, которые обеспечивают равномерное распыление воды и имеют высокую надежность и долговечность.

Для котлов серий ПТВМ и КВГМ характерны высокие значения выбросов NO_x и CO в продуктах сгорания. Снижение содержания NO_x и CO возможно двумя путями: устройством на выходе из котлов конденсационных теплоутилизаторов и совершенствованием процессов тепломассопереноса в топках котлов. Применение теплоутилизаторов порождает проблемы с загрязнением образующегося конденсата слабо концентрированными кислотами. Авторы провели исследования с целью выяснения эффективности примененных ранее методов подавления выбросов оксидов азота на указанных типах котлов. На всех модернизированных объектах использовался прием выравнивания температурного поля и соответственно интенсификации теплообмена в топке путем замены горелок на более совершенные, конструкция которых позволяет снижать эмиссию оксидов азота. Проведенные исследования показали, что снижение уровня эмиссии NO_x в водогрейных котлах большой мощности вполне возможно путем их модернизации. Разработан проект модернизации котла ПТВМ-30, который реализован в крупной котельной в г. Винница (Украина). Проект включал несколько технических решений. Шесть горелок заменены на две, расположенные в поду, также демонтирован подовый экран. При этом уменьшение общей площади поверхностей нагрева за счет исключения подового экрана компенсировалось за счет заполнения мест расположения шести амбразур штатных горелок на боковых экранах выпрямленными экранными трубами. Установка горелок отдельно от экранов позволила исключить передачу вибрации на экранные трубы и через них на обмуровку котла. Автоматика предусматривала «связанное регулирование». Тягодутьевые машины оснащены частотными регуляторами. Во время пусконаладочных работ на котле проведены исследования, связанные с выявлением зависимости уровня эмиссии от формы температурного поля в топке, в частности от интенсивности крутки газовоздушной смеси на выходе из горелок. Исследованы два крайних случая – при максимально достижимой на горелке крутки 45° и без крутки. В результате экспериментов отмечено, что при уменьшении крутки уровень эмиссии оксидов азота снижается. Определены методы дальнейшего снижения выбросов оксидов азота: устройство системы рециркуляции дымовых газов путем их подмешивания в дутьевой воздух; ведение процесса при пониженных избытках воздуха с контролируемым химическим недожогом, когда полное окисление углерода до СО2 заканчивается вне топки на начальном участке конвективной части; увлажнение дутьевого воздуха в количестве 1,5–2,0 % от номинальной производительности котла.

Одно из важных направлений развития промышленного производства – переработка древесины, в которой сушка занимает значительное место. Основным в настоящее время является конвективный способ сушки древесины в сушильных камерах. Однако в научной литературе не уделяется должного внимания структуре газового потока в сушильных установках и, в частности, в зазорах между горизонтальными рядами пиломатериалов в штабеле. В то время как воздух, протекающий в пространстве между горизонтальными рядами, способствует нагреву древесины и удалению влаги из пограничного слоя. В статье исследуется аэродинамика экспериментального лесосушильного стенда Института тепло- и массообмена имени А. В. Лыкова НАН Беларуси. Геометрическая структура лесосушильного стенда сложная. Поэтому расчет аэродинамики сушильного агента в камере осуществлен на основе программного комплекса ANSYS Fluent 14.5. Для этого создана расчетная геометрическая модель конвективной камерной сушильной установки. Разработана физико-математическая модель аэродинамики конвективной сушки пиломатериалов в лесосушильном стенде Института тепло- и массообмена. На основе проведенных расчетов выполнен анализ структуры потока сушильного агента, выявлены застойные зоны. Установлено, что лесосушильный стенд работает не в оптимальном аэродинамическом режиме. Для определения оптимального аэродинамического режима сушильной камеры проведены расчеты с учетом дополнительного канала между задней стенкой камеры и штабелем, при отсутствии экрана сверху штабеля и наличии экрана между полом и штабелем, при изменении скорости сушильного агента, различных перепадах давления на вентиляторе, вариации количества межрядовых прокладок. По результатам моделирования предложены рекомендации по оптимизации аэродинамики сушильной установки: необходимо снизить скорость сушильного агента в камере за счет уменьшения перепада давления на вентиляторе с начального (150 Па) до конечного (90 Па), а также установить в сушильной камере дополнительный экран между полом и штабелем.

В соответствии с Директивой Президента Республики Беларусь от 14 июня 2007 г. № 3 «Экономия и бережливость – главные факторы экономической безопасности Республики Беларусь» экономия топливно-энергетических ресурсов по республике в 2010–2015 гг. должна составить 7,1–8,9 млн т у. т., в том числе 1,00–1,25 млн т у. т. за счет оптимизации теплоснабжения и 0,25–0,40 млн т у. т. за счет увеличения термосопротивления ограждающих конструкций зданий, сооружений и жилищного фонда. Таким образом, если в процессе оптимизации теплоснабжения ожидается получение примерно 18 % общей экономии тепловых ресурсов, то за счет увеличения термосопротивления ограждающих конструкций зданий и сооружений различного назначения – только около 3–5 %, а жилищного фонда – даже несколько меньше. До 1994 г. в жилищном секторе Республики Беларусь годовой расход теплоты на отопление и вентиляцию в среднем составлял 130 кВт·ч/(м²×год) (~56 %), на горячее водоснабжение – около 100 кВт·ч/(м²×год) (~44 %). В жилых зданиях, построенных с 1994 по 2009 г., потребление теплоты на отопление и вентиляцию уже составляет 90 кВт·ч/(м²×год), на горячее водоснабжение – примерно 70 кВт·ч/(м²×год). В зданиях современной массовой постройки на отопление и вентиляцию затрачивается 60 кВт·ч/(м²×год) (~46 %), на горячее водоснабжение – примерно 70 кВт·ч/(м²×год) (~54 %). В отдельных современных жилых зданиях с утилизацией вторичных энергоресурсов удаляемого теплого воздуха на отопление и вентиляцию приходится около 30–40 кВт·ч/(м²×год) теплоты. Повышение энергоэффективности жилых зданий за счет уменьшения затрат теплоты на отопление и вентиляцию – последнее звено в системе экономии энергоресурсов. Первыми звеньями в процессе энергоэффективности являются получение теплоты и ее транспортирование по магистральным и наружным распределительным сетям. Благодаря оптимизации схем теплоснабжения и модернизации тепловых сетей с использованием дорогих (200–300 дол. США за 1 м), но весьма эффективных предварительно изолированных труб с 2006 по 2013 г. получена экономия 2,7 млн т у. т. Общие потери тепловой энергии в коммунальном хозяйстве Беларуси в марте 2014 г. составили 17 %, в то время как в 2001 г. они были на уровне 26 %, а в 1990-м – более 30 %. С учетом многоступенчатости и многофакторности (электричество, теплои водоснабжение) энергосбережения жилищного сектора реальная оценка энергоэффективности жизнеобеспечения жилых зданий должна производиться в тоннах условного топлива в единицу времени.